探讨带整流桥输入级的开关电源差模干扰特性

1引言

随着开关电源在现代工业社会中日益广泛的应用，其功率变换单元的PWM开关器件产生的电磁干扰(EMI)问题也逐渐引起了设计和应用人员的重视。随着国际和国内电磁兼容(EMC)法规的日益完善和严格执行，设计和解决开关电源产品的电磁干扰问题显得尤为重要。滤波器是降低电磁干扰发射的常规手段，但传统的滤波器设计过程是通过反复的“试探一纠错”来实现，缺乏系统性的机理研究，不但耗费资金，而且延误产品投放市场的时机。

通常根据传导祸合方式的不同将电磁干扰分为差模(DM)和共模(CM)两种: DM是由快速电流变化率(dildt的开关电流作用在电路寄生电

感上形成的噪声；CM则是由于快速电压变化率( dv/dt)的开关电压作用在对地寄生电容上形成的噪声干扰。在设计滤波器时，需要将DM和CM分别进行考虑以达到滤波器参数的最优化和滤波效果的最大化多数文献在设计滤波器时都是针对理想情况的，没有考虑到DM和CM的交互影响。但是已有文献防”}研究表明，当带有整流桥输入级的开关电源变换器工作在非连续工作模式卜时，共模电流祸合通道的不平衡性会产生一种新型的差模噪声分量一混合模式干扰(MM )}其在大多数的EMI研究中常被忽略。虽然文献fgl对这种新发现的干扰的形成机理和抑制方法进行了研究，由于没有给出定量分析，所以对实际应用的指导意义不大。因此，有必要继续研究这种差模干扰的产生机理和建模方法，这对于开关电源的EMI滤波器的定量设计有着重要的意义。

2差模干扰模型

图I给出了一台反激式开关电源变换器传导EMI的测试布置图。图I中线性阻抗稳定网络 C LISN)的卞要作用是为EMI受测设备提供标准的5052噪声负载阻抗，以保证测试结果的正确性和可比较性。按照一般的理论，DM电压为祸合在两个5052电阻上电压的差值，CM电压为祸合在两个5052电阻上电压的平均值，分别由式(l和式(2}给出。

3差模干扰抑制方法分析

3.1差模X电容

基于本文所建立的电路模型，而对常见的EMI滤波方式进行分析研究。

3.2差模电抗器

在木文的分析中，采用双差模电抗器对称设置。

3.3共模Y电容

通常的EMI分析认为，共模Y电容对差模干扰的抑制作用卞要来自于其等效串联电容效应。但是根据木文的分析，差模干扰的卞导分量—棍合干扰是共模作用机理的噪声模式，因此可以初步判定Y电容对共模噪声有抑制作用的同时也会大大降低电网侧的差模噪声发射。图7a给出了双Y电容的设置方式，图7b给出了计算干扰的等效电路模型。

则IDM和MM电压可表达为：

4结论

带整流桥输入级的开关电源在电网侧产生的差模干扰不但有木质差模分量，而且还有不对称的共模电流形成的混合模式分量。在实际的EMI滤波器设计中，如果没有注意到混合干扰在差模干扰的主导地位，仅考虑理想化的木质差模，将会影响滤波器的设计。木文得出的模型和分析方法可为EMI滤波器设计工作提供一定参考价值，有助于减少繁琐的“试探一纠错”工作。